O echipă EPFL și Universitatea Kyoto dezvoltă un nou sistem de stocare lichidă pentru hidrogen; un solvent eutectic profund pe bază de hidrură

Oamenii de știință din grupurile profesorilor Andreas Züttel de la EPFL și Satoshi Horike de la Universitatea Kyoto au dezvoltat primul exemplu de DES ( creat pe bază de hidrură ): un lichid transparent, stabil, bogat în hidrogen, care rămâne lichid la temperatura camerei. Noul DES poate conține până la 6,9% hidrogen în greutate, depășind mai multe obiective tehnice pentru stocarea hidrogenului, inclusiv cele stabilite pentru 2025 de Departamentul Energiei al SUA.

O lucrare cu acces liber despre munca lor este publicată în revista Advanced Materials .

Majoritatea materialelor bogate în hidrogen sunt solide la temperatura camerei sau devin lichide doar în condiții extreme, cum ar fi presiune ridicată sau temperaturi de îngheț. Chiar și materiale precum boranul de amoniac, un compus solid, bogat în hidrogen, care poate stoca mult hidrogen, sunt dificil de procesat deoarece eliberează hidrogen doar atunci când sunt încălzite, producând adesea produse secundare nedorite.

Crearea unui lichid bogat în hidrogen, care să rămână stabil la temperaturi normale, ar putea facilita mult stocarea și transportul hidrogenului. De fapt, s-au depus eforturi pentru a îmbunătăți stocarea hidrogenului prin schimbarea compoziției chimice a materialelor de stocare actuale sau prin adăugarea de substanțe care ajută la eliberarea mai ușoară a hidrogenului.

Un domeniu promițător îl reprezintă solvenții eutectici profunzi, care sunt amestecuri care se topesc la temperaturi mai scăzute decât ingredientele lor. Acest lucru este important pentru stocarea hidrogenului, deoarece DES-urile pot transforma materialele solide bogate în hidrogen în lichide ușor de manipulat la temperaturi mult mai scăzute. Până acum, însă, niciunul dintre aceste DES nu a folosit componente hidrice, care sunt deosebit de bogate în hidrogen și ar putea deschide noi modalități de a stoca mai mult hidrogen în formă lichidă.

Pentru a produce noul DES, cercetătorii au amestecat fizic boran de amoniac și borohidrură de tetrabutilamoniu în cantități diferite pentru a determina care combinație (combinații) ar rămâne lichidă la temperatura camerei. Raportul corect (între 50% și 80% boran de amoniac) a produs un lichid stabil care a rămas amorf, ceea ce înseamnă că nu a format din nou cristale nici măcar la temperaturi scăzute.

Folosind spectroscopia, cercetătorii au confirmat că moleculele au format legături puternice de hidrogen, rupând structura lor solidă obișnuită și menținând amestecul lichid până la minus 50°C. Testele au arătat că noul lichid poate elibera hidrogen atunci când este încălzit la doar 60°C, mult mai puțin decât majoritatea solidelor bogate în hidrogen. Aceasta înseamnă că hidrogenul poate fi accesat mai ușor și mai eficient, ceea ce face ca stocarea și utilizarea să fie mult mai practice pentru aplicațiile din lumea reală.

Amestecarea boranului de amoniac cu borohidrură de tetrabutilamoniu creează un lichid nou, bogat în hidrogen, care nu cristalizează în condiții normale. Tranziția vitroasă, care se referă la momentul în care lichidul devine vitros, are loc la -50°C, mult mai scăzută decât în condițiile noastre de zi cu zi.

Amestecul rămâne stabil timp de săptămâni dacă este păstrat uscat, iar densitatea sa este printre cele mai scăzute raportate pentru lichide similare. Când este încălzit, eliberează hidrogen gazos pur la temperaturi relativ scăzute, fără a produce multe impurități. Doar partea de amoniac-boran se descompune prima, ceea ce înseamnă că părți din amestec ar putea fi reutilizate.

Acest nou DES ar putea face stocarea și transportul hidrogenului mult mai simple și mai sigure. În loc să se bazeze pe rezervoare de înaltă presiune sau lichide super-reci, industriile ar putea utiliza purtători de hidrogen stabili și ușor de manipulat la temperatura camerei.

Dincolo de stocarea hidrogenului, aceste rezultate ar putea duce la noi lichide personalizate pentru alte utilizări, cum ar fi producția chimică sau energia verde. Descoperirea deschide noi direcții atât pentru cercetarea hidrogenului, cât și pentru tehnologia energetică practică.

Resurse

• L. Lombardo, T. Nishiguchi, THM Pham, A. Züttel, S. Horike, Solvenți eutectici profunzi formați de hidruri complexe: o nouă clasă de lichide bogate în hidrogen. Adv. Mater